Способ измерения неоднородности индукции постоянного магнитного поля Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

to

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования постоянных магнитных полей большой протяженности, используемых, в частности, в электрофизической аппаратуре.

Цель изобретения - повьшение точности, измерений неоднородности магнитного поля.

На фиг.1 изображена система проводников, расположенных в магнитном поле (проводники параллельны оси У, которая перпендикулярна плоскости чертежа), на фиг,2 - пример реализации способа.

Система проводников 1 - оболочка, обеспечивакщая жесткость проводникам 9 - j , k -h и жесткую связь между ними. X и Z - координатные оси, В - вектор магнитной индукдии, S - расстояние между соседними проводниками, генератор 2 однополярных импульсов, измеритель 3 -параметров импульсов, фазометр 4, датчик 5 перемещения.

Способ осуществляют следующим об- j, разом.

Систему проводников 1 помещают в исследуемое магнитное поле. Показанное, например, на фиг. 1 и 2 размещение системы проводников 1 позволяет измерять t неоднородность вертикальной (параллельной оси Z) компоненты магнитной индукции поля, имекяцего большую протяженность по оси У.

Конструкция, обеспечивакщая сислового действия неоднородного маг ного поля на указанную пару провод ков с токами, измеряют фазу и амп туду возбуждающего тока, фазу и а плитуду механических колебаний си мь проводников.

Используя полученные при измер нии значения указанных параметров определяют абсолютное значение не нородности магнитной индукции ABji на интервале 3; между проводника j и К :

uB,K GA,JI..,, АВ, 6,-6,; (l

,5 где ЛБ В - В , В и Б - среднее значение магнитной индукции на пл щадке шириной 2А вдоль j -го и К-го проводников соответственно.

20

30

&.nJ(.j:-sj J ., где ьп - масса системы проводнико uJg - циклическая частота своб ных механических колебани - коэффшдиент затухания; циклическая частота возбу

дакяцего тока;

А ,. - амплитуда вынужденных ста ционарных колебаний систе проводников; - амплитуда первой гармоник

возбуждающего тока; f. - длина проводников . Знак «неоднородности определяют исходя из следующих предпосылок.

I

bl..

Сдвиг фаз между первой гармоникой

теме проводников возможность занимать возбуждающего ток и вынужденными необходимое положение в исследуемоммеханическими колебаниями систем 1

поле, должна обеспечить системе проводников одну степень свободы (в данном примере вдоль оси X) и одно четко вьфаженное положение устойчивого равновесия. Через пару соседних пропроводников зависит от знака неоднородности: в зависимости от знака неоднородности указанньш сдвиг фаз может принимать значения У или У + ТТ о В частности, при S2 uJ, S cr мится к Ир соответственно, сдвиг фаз принимает значение -Т/2 или -77/2 в зависимости от знака не

водников системы (например, j и k ) пропускают возбужданяцие токи в виде периодической последовательности одпроводников зависит от знака неоднородности: в зависимости от знака неоднородности указанньш сдвиг фаз может принимать значения У или У + ТТ о В частности, при S2 uJ, S crpe- мится к Ир соответственно, сдвиг фаз принимает значение -Т/2 или -77/2 в зависимости от знака не-

50

нополярных импульсов,- при этом токи однородности, в конкретном устройст- в проводниках пары противоположно направлены и равны. Регулируя амплитуду возбуждакнцего тока, добиваются установления вынужденных механических колебаний системы проводников с амплитудой, существенно .превьщгакщей амплитуду шумовых колебаний указанной системы, вызванных внешними механическими воздействиями (вибрациями, сотрясениями; и пр.),

В стационарном режиме вынужденных механических колебаний системы проводников, возбужденных вследствие сиве, реализующем предлагаемый способ, путем соответствующего выбора направления возбуждающего тока, соот ветств:/кщей фазировки выходного на- пряженют датчика перемещения и пр, всегда можно осуществить привязку, Например, отрицательному значению /i3j|( будет соответствовать сдвиг фаз -Ж/2, а положительному +и/2. В общем 55 случае,, фаза вынужденных колебаний V принимает значение от О до - Ж в зависимости от частоты возбуждения, Затем пропускают возбуждающий ток

лового действия неоднородного магнитного поля на указанную пару проводников с токами, измеряют фазу и амплитуду возбуждающего тока, фазу и амплитуду механических колебаний систе- мь проводников.

Используя полученные при измерении значения указанных параметров, определяют абсолютное значение неоднородности магнитной индукции ABji на интервале 3; между проводниками j и К :

uB,K GA,JI..,, АВ, 6,-6,; (l)

где ЛБ В - В , В и Б - среднее значение магнитной индукции на площадке шириной 2А вдоль j -го и К-го проводников соответственно.

&.nJ(.j:-sj J ., где ьп - масса системы проводников; uJg - циклическая частота свободных механических колебаний; - коэффшдиент затухания; циклическая частота возбуждакяцего тока;

А ,. - амплитуда вынужденных стационарных колебаний системы проводников; - амплитуда первой гармоники

возбуждающего тока; f. - длина проводников . Знак «неоднородности определяют исходя из следующих предпосылок.

I

bl..

проводников зависит от знака неоднородности: в зависимости от знака неоднородности указанньш сдвиг фаз может принимать значения У или У + ТТ о В частности, при S2 uJ, S crpe- мится к Ир соответственно, сдвиг фаз принимает значение -Т/2 или -77/2 в зависимости от знака не-

однородности, в конкретном устройст-

ве, реализующем предлагаемый способ, путем соответствующего выбора направления возбуждающего тока, соот ветств:/кщей фазировки выходного на- пряженют датчика перемещения и пр, всегда можно осуществить привязку, Например, отрицательному значению /i3j|( будет соответствовать сдвиг фаз -Ж/2, а положительному +и/2. В общем случае,, фаза вынужденных колебаний V принимает значение от О до - Ж в зависимости от частоты возбуждения, Затем пропускают возбуждающий ток

3

через другую пару проводников и, повторяя перечисленные вьште операции, находят значение и знак неоднородности на интервале между проводниками выбранной пары.

Покажем справедливость соотношения (1). Пусть система проводников 1 помепдена в магнитное поле с вертикальной компонентой магнитной ивдук- ции В (фиг. О. При пропускании через пару проводников, например, j и к одинаковых по величине про тивополож- но направленных токов на систему проводников 1 в направлении оси X будет действовать равнодействующая сила, равная FJ-F|, где F. и F - соответственно силы, действующие на проводники j и к , при этом в однородном поле равнодействующая сила равна нулю, а в неоднородном - отличается от нуля и направлена в сторону больших значений индукции.

Если через указанную пару пропускают периодические токи, равнодействующая сила будет пе риодической функцией времени, под ее действием система проводников 1 совершает вынужденные колебания с амплитудой А р,.

Примем для определенности и упрощения расчетов, что однополярные импульсы возбуждающего тока являются прямоугольными с амплитудой 1, , при этом длительность импульса составляет половину периода частоты повторения, С той же целью будем считать, что Si uJ . в этом случае Ч -71/2.

Пусть система проводников 1 находится в положении устойчивого равновесия. На элемент длины d проводника J с током 1 действует сила

гт

.o df,

где X л и Уд - координаты элемента dE в положении устойчивого равновесия. Кроме того, заметим, что df -dv . При колебании системы проводников 1 элемент dP совершает перемещение вдоль оси X в окрестности Х на расстояние причем за время действия импульса 1 происходит переход системы проводников 1 из одного ее

224755 . 4

крайнего положения в другое (так как Ч -1/2). Мгновенное значение силы изменяется в соответствии с изменением магнитной индукции по оси X, с среднее значение силы за время действия импульса тока (т.е. за половину периода) определим как

А.

10

d..;-9-rJ Vidxdr

VTT. д

Среднее значение силы, действующей на весь проводник ij за тот же 15 интервал времени определим как

R -i pjBCx,y)dxds,

-А, °

20

ь„ш

F. --I &.е

JCP ггл J 1

где

25

.d..

т.еоВ- представляет собой среднее значение магнитной индукции на площадке шириной 2 А вдоль j -го проводника.

Заметим, что при прямоугольном импульсе тока импульс силы также явля ется прямоугольным, его амплитуда равна приведенному выше среднему значению F. .

JCP

Аналогично, на проводник К. действует сила

Амплитуда первой гармоники дающей силы, действующей на систему проводников 1,

)-;.

где Г - амплитуда первой гармоники возбуждающего тока.

Тогда амплитуда колебаний

Л -- F / - „X/UjJl ITV откуда с учетом значения 7 получают соотношение (1),